朱立明，劉艷靜

（天津鋼鐵集團有限公司技術(shù)中心，天津 300301）

天鋼4#板坯連鑄機結(jié)晶器保護渣的優(yōu)化選擇

朱立明，劉艷靜

（天津鋼鐵集團有限公司技術(shù)中心，天津 300301）

天鋼4#板坯連鑄機生產(chǎn)的板坯，存在貫穿表面中心部位裂紋等缺陷。針對此問題，對天鋼4#板坯連鑄機所使用的A、B型保護渣的物理、化學(xué)性能及相關(guān)數(shù)據(jù)進行了采集和分析，確定了A型、B型保護渣所匹配的鋼種；通過裂紋缺陷的統(tǒng)計分析，確定了所使用的A型、B型保護渣不是造成鑄坯殼中心裂紋缺陷的主要原因；還指出A型、B型保護渣與目前各連鑄工藝相匹配，基本能夠滿足生產(chǎn)要求。

連鑄機 結(jié)晶器 保護渣 板坯 裂紋 理化性能

1 引言

隨著各大鋼廠生產(chǎn)節(jié)奏的加快以及對鑄坯質(zhì)量要求的提高，使用優(yōu)質(zhì)結(jié)晶器保護渣提高連鑄坯質(zhì)量，成為各鋼廠生產(chǎn)高質(zhì)量連鑄坯的重要手段。保護渣良好的物理化學(xué)性能對于改善鑄坯質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用，針對不同的鋼種、不同的連鑄工藝，我們應(yīng)選擇不同類型的保護渣以保證板坯的表面質(zhì)量[1-2]。目前天津鋼鐵集團有限公司（以下簡稱天鋼）煉鋼廠4#板坯連鑄機生產(chǎn)的板坯存在貫穿表面中心部位的裂紋等缺陷，經(jīng)過對結(jié)晶器保護渣的理化性能分析，對現(xiàn)行工藝進行了優(yōu)化，有效的改善了鑄坯質(zhì)量。

2 天鋼4#板坯連鑄機基本參數(shù)

天鋼煉鋼廠4#板坯連鑄機為奧鋼聯(lián)引進板坯連鑄機，鑄坯主要斷面為：180/200/250 mm×1 320 mm～2 100 mm，拉速范圍為0.9 m/min～1.4 m/min。弧形半徑R=9 m，拉鋼速度：0.4～2.0 m/min，冶金長度：34.5 m，中間包容量：35 t，主要澆注產(chǎn)品為碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、船板、壓力容器鋼板、鍋爐板、管線鋼、機械工程鋼、汽車鋼板、橋梁鋼板等。

3 保護渣的熔化過程及作用原理

3.1 保護渣的熔化過程

從圖1可知，保護渣熔化時，在鋼液面上由固態(tài)渣層、燒結(jié)層、半熔化層和液態(tài)渣層組成：結(jié)晶器與坯殼之間的渣膜由固態(tài)渣膜和液態(tài)渣膜組成，固態(tài)渣膜又分為玻璃質(zhì)膜和晶體質(zhì)膜[3]。

3.2 保護渣的作用原理

圖1 保護渣在結(jié)晶器內(nèi)的熔化模型示意

結(jié)晶器保護渣附于鋼水表面，能有效起到保溫作用，防止鋼水過快降溫，同時由于保護渣隔離了鋼水與空氣的接觸，可以防止鋼水的二次氧化；由于鋼水中的夾雜物較輕，隨著鋼水進入結(jié)晶器后上浮，被保護渣捕獲，實現(xiàn)鋼水除雜效果；液態(tài)保護渣流入鋼水與結(jié)晶器的間隙里，在結(jié)晶器振動過程中起到潤滑作用，改善鑄坯表面質(zhì)量，防止發(fā)生粘結(jié)漏鋼；保護渣存在于凝固的鑄坯及結(jié)晶器之間，能夠較好地彌補鑄坯因為冷凝收縮而與結(jié)晶器的產(chǎn)生的空隙，起到均勻傳熱和控制傳熱作用，防止因為傳熱不均而產(chǎn)生裂紋。

3.3 保護渣的重要理化性能

3.3.1 粘度

粘度是考查保護渣物理性能的一個重要指標[4]。保護渣的粘度太低會對水口造成侵蝕，渣耗增大，渣膜變厚，影響板坯的水平傳熱；但粘度太高，又易形成渣條，渣耗過低，渣膜變薄且不均勻，易造成板坯的縱裂缺陷甚至漏鋼。

3.3.2 堿度

保護渣的堿度是反應(yīng)保護渣吸收鋼水中夾雜物能力的重要指標[4]。堿度大，保護渣捕獲鋼水中上浮夾雜物的能力就越強；不過堿度過大會使保護渣的析晶溫度變高，對保護渣的傳熱和潤滑不利。

3.3.3 熔化溫度

保護渣為多種化合物組成的混合物，沒有固定的熔點，因此一般將保護渣試樣在一定溫度下由柱狀變成半球形時的溫度稱之為熔化溫度，也稱之為半球點。保護渣熔化溫度過高，液態(tài)渣層厚度降低，影響其潤滑及導(dǎo)熱作用，易產(chǎn)生縱向裂紋；熔化溫度過低，會影響其保溫作用，易產(chǎn)生橫向裂紋。目前國內(nèi)外使用的保護渣的熔化溫度一般在1 050～1 200℃之間[5]。

3.3.4 熔化速度

熔化速度控制熔渣層厚度、渣膜均勻性和渣耗量的主要指標，熔化速度過快或過慢，都會增加縱向裂紋的發(fā)生幾率。

4 現(xiàn)用結(jié)晶器保護渣的理化性能分析

實驗采用MTS-1型熔點、熔速測定儀測定保護渣的熔融性能及其在1 300℃的熔化速度，采用懸絲法高溫旋轉(zhuǎn)粘度計測定保護渣在1 300℃時的粘度。

4.1 現(xiàn)用保護渣的檢測結(jié)果

從天鋼煉鋼廠取得現(xiàn)場使用的保護渣樣品：A型、B型兩種保護渣。在實驗室測定了兩種渣樣的化學(xué)成分及物理性能，結(jié)果如表1及表2所示。

表1板坯連鑄保護渣化學(xué)成分 /%

4.2 保護渣熔化過程

表2 天鋼煉鋼廠板坯連鑄保護渣物理性能

對各型號保護渣進行熔化狀態(tài)檢測，關(guān)鍵熔化過程圖像如圖2、圖3所示。

4.3 保護渣性能分析

保護渣的現(xiàn)場使用效果收集數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 天鋼保護渣使用效果

現(xiàn)對實驗室所測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場收集數(shù)據(jù)進行分析。

4.3.1 A型保護渣

（1）表觀形態(tài)：顏色發(fā)灰，顆粒均勻；

（2）堿度：1.18，在1 300℃熔化后倒入冷石墨坩堝空冷，凝固后的渣的結(jié)晶率達95%以上，利于結(jié)晶器弱冷卻的實現(xiàn)；

（3）熔化溫度：1 116℃，適中；

（4）熔化速度：23 s，適中；

（5）粘度：1.1泊，適中；

（6）渣耗量：0.51 kg/t，適中；

（7）評價：渣中加有3.86%的MnO2，使熔渣呈棕褐色，可以有效降低渣膜的輻射傳熱，在不影響保護渣的其他物性參數(shù)的情況下，提高了渣膜的熱阻，降低熱通量，降低了結(jié)晶器熱流密度，從而降低了鑄坯坯殼縱裂的可能性。故該保護渣的物化性能參數(shù)與該鑄機澆鑄工藝及澆鑄鋼種的澆鑄工藝較為匹配。

4.3.2 B型保護渣

圖2 A型保護渣熔化過程關(guān)鍵點圖像

圖3 B型保護渣熔化過程關(guān)鍵點圖像

（1）表觀形態(tài)：渣黑色，顆粒細小，強度較高；

（2）堿度：1.39，在1 300℃熔化后倒入冷石墨坩堝空冷，凝固后的渣的結(jié)晶率達100%；

（3）此渣二元堿度偏高，保護渣堿度過高，不僅會導(dǎo)致析晶量增多而造成的摩擦力增大，引發(fā)粘結(jié)漏鋼的危險，而且過高的析晶量也會使得保護渣熱阻過大，大大降低了結(jié)晶器的熱流密度，形成的坯殼過薄，這也是引起鑄坯裂紋的隱患。

①熔化溫度：1 097℃，適中；②粘度：0.63泊，相對于鑄機為0.9～1.4 m/min的拉速范圍粘度值偏低；③渣耗量：0.56 kg/t，適中。

4.4 保護渣使用效果

煉鋼廠4#鑄機使用兩種型號保護渣進行多爐連澆生產(chǎn)，其使用效果如下：

使用A型保護渣澆注包晶鋼，合格率98.02%；澆注Q235B鋼，合格率99.88%。

使用B型保護渣澆注Q345B鋼62爐5659.096噸，其中7爐93.352 t裂紋，合格率98.35%；澆注S275JR鋼66爐6091.789 t，9爐239.762 t裂紋，合格率94.81%；澆注S355J2鋼39爐3508.292 t，2爐12.574 t裂紋，合格率99.64%；Q235B鋼，合格率95.48%。

表4為4#鑄機生產(chǎn)鑄坯使用不同保護渣澆鑄不同鋼種的效果對比。

表4 使用不同型號保護渣澆注不同鋼種的效果對比

4.5 目前生產(chǎn)中的典型問題

目前天鋼煉鋼廠4＃鑄機鑄坯裂紋主要為貫穿表面中心部位的裂紋，如圖4所示，裂紋處極少數(shù)有輕微凹陷現(xiàn)象，且結(jié)晶器內(nèi)弧側(cè)熱流數(shù)值比外弧側(cè)熱流低，差別較大（如表5示），結(jié)晶器窄邊下口內(nèi)弧側(cè)磨損嚴重。

一般來說，由保護渣引起的縱裂紋的特點是：

（1）隨機分布可能性大；

（2）若縱裂固定在某一位置，尤其是中心位置有可能是水口與結(jié)晶器壁之間出現(xiàn)了架橋，而造成此處的保護渣無法正常滲入，以至引起鋼水接觸結(jié)晶器壁后驟冷收縮，形成坯殼脫離結(jié)晶器，造成坯殼冷卻過緩而出現(xiàn)凹陷，最后導(dǎo)致縱裂出現(xiàn)，即縱裂伴隨凹陷產(chǎn)生。

（3）但目前鑄坯縱裂的特點與以上所述特點并不吻合，故保護渣并不是造成鑄坯坯殼中心縱裂的主要原因。

（4）經(jīng)以上對現(xiàn)用兩種保護渣的物理化學(xué)性能剖析，天鋼煉鋼廠4#板坯連鑄機現(xiàn)在使用的A型、B型保護渣與目前各連鑄工藝相匹配，基本能夠滿足生產(chǎn)要求。

表5 器熱通量及進出水溫度

圖4 板坯裂紋情況

5 結(jié)論

由以上對各型號保護渣的物理、化學(xué)性能檢測及生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析、研究可以看出，天鋼煉鋼廠4#鑄機現(xiàn)在使用的A型、B型保護渣與目前各連鑄工藝相匹配，能夠滿足連鑄生產(chǎn)要求。

相比而言，B型保護渣用于澆鑄Q345B效果良好，生產(chǎn)合格率達98.35%；A型保護渣化學(xué)成分及物理性能更為合理，與目前連鑄工藝各參數(shù)更為匹配，用于澆鑄Q235B等包晶鋼效果良好，適應(yīng)性強，使用效果最優(yōu)，生產(chǎn)合格率達99.88%，能夠滿足連鑄生產(chǎn)需求。

[1]遲景碩，甘水年.連鑄保護渣[M].沈陽:東北大學(xué)出版社，1993.

[2]張其龍，盧波，王學(xué)新.保護渣在連鑄生產(chǎn)中的作用與實踐[J].萊鋼科技，2004（5）：6-7.

[3]米源，楊志錚.結(jié)晶器保護渣性能和使用工藝[J].柳鋼科技，2007，2（5）：171-174.

[4]王新志.保護渣對板坯表面質(zhì)量的影響[J].冶金叢刊，2008（2）：37-40.

Optimization of Mould Powder of TISCO Slab Caster 4

ZHU Li-ming and LIU Yan-jing
Technology Center,Tianjin Iron and Steel Group Company Limited,Tianjin 300301,China

Defects such as longitudinal crack run through the slab surface center were found on the slab produced by TISCO Slab Caster 4.In order to solve the problem,the authors analyze the physical and chemical properties of the mould powders of type A and B used at Slab Caster 4 and collect relevant data so as to determine their matching grades.Crack statistics and analysis show these two types of mould powder are not main reasons causing central crack on slab shell.It is also pointed out that the mould powder of type A and B match with casting process and can basically meet production requirement.

caster;mould;powder;slab;crack;physical and chemical property

朱立明（1983—），男，河北廊坊人，主要從事新產(chǎn)品開發(fā)工作。

（收稿 2012-05-27 編輯 崔建華）